Question

如圖所示，在一個圓形區(qū)域內(nèi)，兩個方向相反且都垂直于紙面的勻強磁場分布在以直徑A₂A₄為邊界的兩個半圓形區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中，A₂A₄與A₁A₃的夾角為60°．一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子以某一速度從Ⅰ區(qū)的邊緣點A₁處沿與A₁A₃成30°角的方向射入磁場，隨后該粒子以垂直于A₂A₄的方向經(jīng)過圓心O進入Ⅱ區(qū)，最后再從A₄處射出磁場．已知該粒子從射入到射出磁場所用的時間為t，求Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)中磁感應(yīng)強度的大小（忽略粒子重力）．

Answer 1

設(shè)粒子的入射速度為v，已知粒子帶正電，故它在磁場中先順時針做圓周運動，再逆時針做圓周運動，最后從A₄點射出，用B₁、B₂、R₁、R₂、T₁、T₂分別表示在磁場Ⅰ區(qū)Ⅱ磁感應(yīng)強度、軌道半徑和周期qvB1=m

v2

R1

①
qvB2=m

v2

R2

②
T1=

2πR1

v

=

2πm

qB1

③
T2=

2πR2

v

=

2πm

qB2

④
設(shè)圓形區(qū)域的半徑為r，如答圖5所示，已知帶電粒子過圓心且垂直A₃A₄進入Ⅱ區(qū)磁場，連接A₁A₂，△A₁OA₂為等邊三角形，A₂為帶電粒子在Ⅱ區(qū)磁場中運動軌跡的圓心，其半徑R₁=A₁A₂=OA₂=r⑤
圓心角∠A₁A₂O=60°，帶電粒子在Ⅰ區(qū)磁場中運動的時間為t1=

1

6

T1⑥
帶電粒子在Ⅱ區(qū)磁場中運動軌跡的圓心在OA₄的中點，即R=

1

2

r ⑦
在Ⅱ區(qū)磁場中運動時間為t2=

1

2

T2⑧
帶電粒子從射入到射出磁場所用的總時間t=t₁+t₂⑨
由以上各式可得B1=

5

6

πM

qt

⑩B2=

5

3

πM

qt

故I區(qū)磁感應(yīng)強度為

5

6

πM

qt

；II區(qū)磁感應(yīng)強度為

5

3

πM

qt

．